distribución de presiones muñón-prótesis y temperatura

Revista Motricidad Humana / Julio – Diciembre, Edición 13(2)
DISTRIBUCIÓN DE PRESIONES MUÑÓN-PRÓTESIS Y TEMPERATURA SUPERFICIAL DEL
MUÑON EN AMPUTADOS TRANSTIBIALES
PRESSURE DISTRIBUTION STUMP-PROSTHESIS AND SUPERFICIAL TEMPERATURE OF THE
STUMP IN TRANSTIBIAL AMPUTEE
Berral Aguilar, Francisco de Borja1; Ezquerro Juanco, Francisco1; Sosa Tallei, Guillermo Oscar2, Berral de la
Rosa, Francisco José2
1
Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecánica de Fluidos. Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales. Universidad de
Málaga. España
2
Departamento de Deporte e Informática. Universidad Pablo de Olavide. Sevilla. España
BERRAL A.F.B., EZQUERRO J.F., SOSA T.G.O., BERRAL D.L.R.F.J. Distribución de Presiones Muñón-Prótesis y
Temperatura Superficial del Muñón en Amputados Transtibiales. Mot.Hum. 13(2): 84-92; 2012.
RESUMEN
El presente estudio pretende analizar la distribución de las presiones que ejerce el muñón del amputado transtibial en el
interior del encaje protésico y observar si existe alguna correlación con el aumento de la temperatura superficial del
mismo. Del mismo modo se pretende diseñar un protocolo de estudio para el análisis de la relación entre estas variables
que influyen en la comodidad y calidad de vida del paciente amputado.
Hemos valorado cinco pacientes de edad media de 35 años que llevaban amputados al menos 10 años, con un peso medio
85 kg y estatura de 1,77 m.
Para el estudio de distribución de presiones, se ha utilizado el sistema K-Scan de TEKSCAN y para la temperatura una
cámara termográfica marca FLIR, modelo T360.
No encontramos relación entre los puntos de presión y los valores de gradiente de temperatura. No existe relación entre
la distribución del ΔT (incremento de temperatura) en el muñón producida tras la marcha y la distribución de presiones
medida durante la misma. Por tanto no parece que el nivel de presiones entre el muñón y la prótesis sea el causante de
los ΔT observados en los muñones de los amputados transtibiales.
Palabras clave: amputados, termografía, distribución de presiones
ABSTRACT
This study aims to analyze the distribution of the pressures exerted by the transtibial amputee stump inside the prosthetic socket and
see if there is any correlation with increasing surface temperature itself. The same is intended to design a study protocol for the
analysis of the relationship between these variables that influence the comfort and quality of life of patients amputees.
We evaluated five patients of mean age 35 who had amputees at least 10 years, with an average weight of 85 kg and height of 1.77 m.
To study the pressure distribution, the system has been used was K-Scan of TEKSCAN and for temperature a thermal camera FLIR
brand, model T360.
We can’t found relationship between the pressure points and the values of temperature gradient. No relationship exists between the
distribution of ΔT (temperature increase) on the stump produced after the march and the pressure distribution measured during the
same. Therefore it seems that the level of pressures between the stump and the prosthesis isn’t causing the observed ΔT in the stumps
of transtibial amputees.
Key Words: amputee, thermography, pressure distribution.
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BERRAL A.F.B., EZQUERRO J.F., SOSA T.G.O., BERRAL D.L.R.F.J. Distribución de Presiones Muñón-Prótesis y Temperatura Superficial del Muñón en
Amputados Transtibiales. Mot.Hum. 13(2): 84-92; 2012.
el aumento de la temperatura superficial del mismo
en las zonas de mayor presión. Del mismo modo
vamos a diseñar un protocolo de estudio para el
análisis de la relación entre estas variables
fundamentales que influyen en la comodidad y
calidad de vida del paciente amputado, e
intentaremos obtener una base de datos de valores
de presión y temperatura del muñón, antes y
después del ciclo de marcha, tanto de la cara
anterior como posterior de la extremidad del muñón
de pacientes amputados transtibiales.
INTRODUCCIÓN
Valores medidos sobre presiones del encaje
protésico han sido reportados por Laing y col en
2011 (1). Una investigación que nos ayudó a elegir
los puntos de medida de presión en el encaje
protésico fue la realizada por Dou y col en 2006 (2).
Para identificar las zonas donde se midieron las
presiones con los sensores en la imagen
termográfica, se utilizaron marcadores de aluminio
debido a su baja emisividad. Esta metodología se
obtuvo del estudio realizado por Howell y col en
2009 (3).
MATERIAL Y METODOS
Hemos valorado cinco pacientes amputados
transtibiales de una edad media de 35 años que
llevaban amputados al menos 10 años, con un peso
medio de 85 ± 6 kg y estatura 1’77 ± 0’04 m.
Para Kristen y col en 1984 (4) es muy importante
identificar las zonas de medición de temperatura y
poder compararlas, cuestión que hemos tenido en
cuenta en nuestro estudio.
Para la medida de las presiones hemos usado una
plantilla deformable. El sensor, modelo 5076, que
hemos utilizado pertenece al sistema K-Scan. El
mismo posee una caja de conexiones que hace de
“traductor” entre el software y el sensor. El
software denominado I-Scan permite visualizar en
tiempo real el mapa de presiones que se está
generando y grabar los datos para su tratamiento
analítico.
De los distintos aspectos que intervienen en la
calidad de vida de los amputados transtibiales, tal
vez el más importante sea la comodidad y
adaptabilidad del encaje protésico en el muñón, lo
que sin duda permite una mejor funcionalidad. Esta
preocupación ha sido lo que ha motivado a Ali y col
en 2012 (5) a llevar a cabo una investigación en 9
amputados transtibiales. Dicho estudio ha sido de
referencia para nosotros en cuanto a los estandares
de confortabilidad de los amputados.
Todos los sensores utilizados se han calibrado
siguiendo las recomendaciones del fabricante,
mediante una máquina (figura 1) dotada con una
célula de carga marca HBM modelo U2B
(Darmstadt, Germany).
El objetivo principal del presente estudio es analizar
la distribución de las presiones que ejerce el muñón
del amputado transtibial en el interior del encaje
protésico y observar si existe alguna correlación con
Figura 1: Calibrado del sensor de medición de presiones
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obtenidos de temperatura pertenecientes a cada
pixel han sido exportados, tratados y analizados con
el programa informático Microsoft Excel, el cual
también hemos utilizado para el estudio de los
valores de presión.
Los sensores se acondicionan a una presión del 80%
de la carga máxima que se quiera medir.
Posteriormente se utiliza el software (I-Scan) para la
calibración, que se realiza mediante dos puntos, uno
de ellos al 80% de la carga máxima esperable y otro
al 20%. La calibración se realiza para varias
sensibilidades, normalmente entre 36 y 38 unidades,
siendo 40 el máximo admitido por los sensores y el
software.
Diseño del protocolo.
Nada más llegar el paciente al laboratorio se le hace
caminar por los pasillos a ritmo ligero durante 10
minutos.
La temperatura ha sido medida con una cámara
termográfica marca FLIR, modelo T360 Western,
que posee un sensor que capta la luz infrarroja, que
es analizada por otro sensor electrónico que procesa
la imagen.
Posteriormente se quita la prótesis y de forma
inmediata se toman imágenes térmicas del muñón
(Figura 2), tanto de la cara anterior como posterior,
con el fin de apreciar la temperatura del muñón
después de realizar una actividad física cotidiana, en
este caso caminar.
El software del ordenador, FLIR QuickReport,
permite realizar el análisis de la imagen mediante
herramientas propias, los valores numéricos
Figura 2: Imagen térmica cara anterior y posterior después de caminar
menos posible, debido a que esté absorbe calor
rápidamente al ser manipulado.
 La temperatura ambiente del laboratorio debe estar
en torno a 25°C para que todas las fotografías
térmicas se tomen en las mismas condiciones
ambientales.
Precauciones a tener en cuenta:
 Las luces y las ventanas del laboratorio tienen que
estar cerradas para que la captación de luz
infrarroja no influya en la medida.
 El paciente debe de estar alejado lo máximo
posible de superficies que tengan una emisividad
alta, debido a que actúan de espejo térmico.
 La posición del trípode y del paciente deben
permanecer invariables entre las distintas medidas
realizadas.
 El papel de plata colocado en el sensor como
marcador de su posición se intentará tocar lo
Una vez obtenidas las imágenes, el paciente
descansa en una silla con el muñón libre, para que
éste se estabilice y el riego sanguíneo sea lo más
natural posible. Al cabo de 15 minutos se le realizan
dos fotografías térmicas iguales a las anteriores a fin
de comparar las diferencias de temperatura.A
continuación se coloca una plantilla de presiones en
la zona anterior del muñón (Figura 3) y otra en la
zona posterior.
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Figura 3: Colocación de plantilla anterior en el muñón
La colocación es importante de cara a la posterior
inserción de la silicona, y que esta no arrugue
mucho el sensor, para así poder tomar mediciones
de la presión en la marcha con la mayor precisión.
Para la reproducibilidad del experimento se utilizan
marcas en el suelo y pared, además de un trípode.
A continuación se conectan las plantillas de presión
a la caja de conexiones, procediendose a un
calibrado de las mismas, esto es debido a que al ser
tan sensibles, por el simple hecho de estar doblada,
provoca que se detecten valores de presión, los
cuales hay que eliminar.
Antes de que el paciente se coloque la silicona se
vuelve a realizar una fotografía térmica, tanto de la
cara anterior como posterior, con la diferencia de
que ésta se realiza con papel de aluminio en la zona
donde está el sensor de presión (3, 6).
Se utiliza papel de aluminio porque su “emisividad”
(ε) es muy baja, del orden de 0,05 mm, mientras que
la emisividad del cuerpo humano es bastante alta,
del orden de 0,98. De esta manera identificamos a
posteriori la zona de medición del sensor de
presiones.
El siguiente paso es dejar que el paciente se coloque
la silicona sobre el muñón y lo encaje en la prótesis
(Figura 4).
Figura 4: Silicona con sensor en cara anterior, colocación de la prótesis y caja de conexión
andar al paciente en línea recta, es suficiente con
que la persona camine unos 10 o 12 pasos ya que
nos centraremos en un solo ciclo de marcha.
Hay que comprobar que el paciente pueda caminar
correctamente, sin molestias, tras lo cual se procede
a conectar la caja de conexiones (Figura 4). Se hace
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Realizamos una grabación de toda la secuencia del
ciclo de marcha, para la posterior identificación de
las fases del mismo. A continuación conectamos el
sensor posterior y llevamos a cabo el mismo
protocolo.
exportamos dos grupos de datos, los datos
pertenecientes a la presión en cada frame, con una
resolución de 44 x 44 puntos, que son en los que
está dividido el sensor. Estos datos se organizan
mediante un código en el programa informático
Microsoft Excel en matrices de 44 x 44,
subdivididas de la siguiente forma si el paciente
tiene amputada la pierna derecha (Tabla I y Figura
5).
Los datos de presión de cada frame grabado
provienen de la exportación desde el programa IScan. En nuestro caso hemos guardado datos con
una frecuencia de 1/20. De este programa
Matriz proximal lateral.
Tamaño 15 x 15.
Matriz medial lateral.
Tamaño 14 x 15.
Matriz distal lateral.
Tamaño 15 x 15.
Matriz proximal central.
Tamaño 15 x 14.
Matriz central.
Tamaño 14 x 14.
Matriz distal central.
Tamaño 15 x 14.
Matriz proximal medial.
Tamaño 15 x 15.
Matriz central medial.
Tamaño 14 x 15.
Matriz distal medial.
Tamaño 15 x 15.
Tabla I: Divisiones de la matriz de presiones.
Figura 5: Visualización de las distintas zonas de análisis de las matrices
En el estudio 3 se utilizó el porcentaje del
incremento de temperatura en el muñón (%ΔT) en
la zona donde se registró la presión pico. Esto sirvió
para ver qué porcentaje de incremento de
temperatura se producía en las zonas donde la
presión ejercida era máxima.
A estas submatrices le realizamos la media,
obteniendo una matriz de 3 x 3 con los valores
promedio de cada submatriz. Esta matriz promedio
es la que utilizamos para el análisis de las presiones,
sin olvidarnos de los valores pico de presión.
Mediante el coeficiente de correlación de Pearson se
estudió la linealidad de los dos parámetros
principales, la temperatura y la presión en el muñón.
Este coeficiente ha sido aplicado en el estudio 1 y 2
de los 3 realizados.
RESULTADOS
Respecto a la presión, mediante un código de
programación en Microsoft Excel se tratan los datos
de todos los frames obteniendo las matrices,
submatrices y matrices promedio de cada individuo,
sin saber aún que intervalo o ciclo de marcha vamos
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a escoger. Para ello exportamos los datos de las
gráficas de Fuerza versus Tiempo y Pico de presión
versus Tiempo desde el programa I-Scan.
motivo los resultados corresponden a las diferencias
encontradas entre la temperatura en el muñón tras el
reposo y justo después de caminar. Estos valores se
han medido en la zona del muñón donde está
colocado el sensor, para así poder comparar las
presiones con los incrementos térmicos producidos
durante la marcha (Figura 6).
Estos datos se vuelven a tratar con Microsoft Excel
mediante un programa que se ha elaborado para tal
fin, obteniendo automáticamente las gráficas. Una
vez obtenidas y con la ayuda de la grabación de
vídeo que hemos realizado del ciclo de marcha,
identificamos un ciclo de marcha intermedio el cual
será el que analicemos.
Los valores característicos que acompañan al mapa
de temperaturas son:
 Valor promedio de la diferencia de temperatura
antes y después de andar.
Escogido éste, procedemos a extraer las matrices
promedio de los frames que corresponden a ese
ciclo, lo cual también se realiza mediante un código
de programación. Finalizado este proceso,
obtenemos los datos de presión para analizar junto a
sus gráficas correspondientes, para después buscar
la relación entre la presión máxima en un ciclo de
marcha y la zona donde se encuentre el mayor
incremento de temperatura.
 Diferencia máxima registrada entre el valor de la
temperatura antes y después de caminar.
 Diferencia mínima registrada entre el valor de la
temperatura antes y después de caminar.
En relación a este último parámetro, interesa saber
si ha habido o no gradiente de temperatura, donde
se ha producido y cuál ha sido su valor. Por este
1,5-2
1-1,5
0,5-1
0-0,5
-0,5-0
-1--0,5
Figura 6: Representación en 3D del mapa de ΔT, cara anterior. Paciente 5
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Coef. Pearson
cara anterior
-0,52
0,18
-0,17
-0,22
0,63
Estudio 1. Presión media máxima versus ΔT
medio
Para este estudio hemos utilizado las submatrices
medias de incrementos de temperatura y
submatrices medias de presión en el instante de
presión máxima (Tabla II).
Paciente 1
Paciente 2
Paciente 3
Paciente 4
Paciente 5
Coef. Pearson
cara posterior
0,12
-0,16
0,87
0,25
0,04
Tabla III: Coeficientes de Pearson para el estudio 2
Coef. Pearson
cara anterior
-0,48
0,05
0,16
-0,30
0,60
Paciente 1
Paciente 2
Paciente 3
Paciente 4
Paciente 5
Coef. Pearson
cara posterior
0,10
-0,30
0,90
0,43
-0,32
Al igual que con anterioridad, los valores del
coeficiente de Pearson nos indican que no existe
relación lineal, sólo en el paciente 3 en la cara
posterior se observa que existe relación lineal, pero
como hemos comentado puede ser un resultado que
nos confunda, por lo tanto tendría que contrastarse
con más pruebas y medidas.
Tabla II: Coeficientes de Pearson para el estudio 1
Estudio 3. %ΔT producido en las zonas donde se
soportan las presiones pico máximas.
Podemos observar que valores no son constantes,
incluso cambian de signo de positivo a negativo,
interpretando que su relación pueda ser directa o
inversa. Podemos decir que no se han encontrado
unos valores que nos indiquen que existe alguna
relación lineal ni directa ni inversa entre los
resultados estudiados. Sólo en el paciente 3 en la
cara posterior se ha encontrado un valor de éste
coeficiente cercano a 1 el cual nos indica que existe
una relación lineal, pero dados los valores de los
otros pacientes habría que descartar con más
pruebas este resultado. Añadir que no se aprecia que
los resultados obtenidos sigan otro tipo de tendencia
entre ellos, ya sea exponencial o logarítmica.
En este estudio se cuantifica si existe relación o no
entre los datos de presión pico de cada individuo y
el incremento de temperatura medio, pero utilizando
el valor porcentual de éste en la misma zona donde
se encuentra el valor pico en la matriz de presiones.
Para calcular el %ΔT se ha utilizado la fórmula
siguiente en cada zona de la submatriz media de
temperaturas:
Estudio 2. Presión media del ciclo versus ΔT
medio
Los valores se muestran en las tablas IV y V.
Aquí utilizamos las submatrices de presión media a
lo largo del ciclo, de esta forma obtenemos una
visión global de la relación entre el ΔT y la presión
media soportada a lo largo del ciclo de la marcha
(Tabla III). Este estudio es interesante de cara a que
las zonas de mayor presión media a lo largo del
ciclo no son las mismas que las zonas donde se
soporta la mayor presión pico.
Paciente 1
Paciente 2
Paciente 3
Paciente 4
Paciente 5
P pico max
281,00
359,00
191,00
189,00
354,00
% ΔT
81,24
37,13
69,71
56,82
80,23
Tabla IV: Valores de la cara anterior
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Paciente 1
Paciente 2
Paciente 3
Paciente 4
Paciente 5
P pico max
178,00
150,00
141,00
103,00
91,00
% ΔT
81,56
79,19
78,10
81,66
56,49
adaptación del encaje protésico sea el factor
determinante de los aumentos de temperatura.
Se ha observado que los pacientes que realizaban el
ciclo de marcha correctamente tenían un solo punto
de presión claramente marcado, mientras que los
pacientes que realizaban el ciclo de marcha de
manera incorrecta, es decir, cojeando o no
realizando un movimiento armónico de la marcha,
se obtenían dos puntos de presión.
Tabla V: Valores de la cara posterior
Se puede observar que para la cara anterior no
existe una relación entre el %ΔT sufrido y el valor
de la presión pico máxima. De existir relación
deberíamos obtener valores más o menos iguales
para cada paciente de %ΔT, y en este caso no ha
sido así, hay valores muy dispares, desde el 81,24 %
hasta un 37,13 %.
Para amputados transtibiales, Zaproudina y col 2008
(10) y Harden y col 2008 (11) miden valores del
miembro amputado y miembro sano para
compararlas entre sí, y ver si se producen
diferencias entre la temperatura de ambos. Los
valores para miembros amputados en nuestro
estudio están en el mismo rango de temperatura
superfical que los aportados por estos autores.
En la cara posterior parece que hay un indicio de
que existe alguna relación ya que los valores están
en torno al 80 %, sólo hay un paciente que se sale
de este rango.
El resultado obtenido de la investigación es
satisfactorio desde el punto de vista de que no se
tenía conocimiento de ningún estudio de este tipo,
por lo tanto las conclusiones obtenidas y el
protocolo diseñado esperamos ayuden a próximas
investigaciones.
DISCUSION
No hemos encontrado en la literatura artículos que
hablen acerca de la relación entre estas dos
magnitudes, la presión en el muñón y la temperatura
tras la marcha.
CONCLUSION
Peery y col en 2005 (7) estudian, en 5 amputados, la
comodidad de los pacientes según el material y tipo
de la funda del muñón y del encaje. Obsevan que el
muñón incrementa su temperatura una media de
0.8°C en reposo, y de 1.7°C tras la marcha. En
nuestro estudio hemos observado incrementos de
temperatura de ese orden de magnitud.
Para el grupo de pacientes estudiados podemos
afirmar que no existe relación entre los puntos de
presión y los valores de gradiente de temperatura.
No hemos encontrado relación entre la distribución
del ΔT en el muñón producida tras la marcha y la
distribución de presiones medida durante la misma.
Por tanto no parece que el nivel de presiones entre
el muñón y la prótesis sea el causante de los ΔT
observados en los muñones de los amputados.
Estos incrementos de temperatura pueden ser
debidos a la conductividad térmica del material de
las fundas como ha estudiado Klute y col en 2007
(8), que encuentras valores de conductividad
térmica muy dispares.
Tonon da Luz y col 2010 (9) observan temperaturas
altas de los muñones con valores puntuales de
32,78°C. Los autores opinan que estos datos pueden
estar relacionados con la fricción dentro del encaje
protésico lo que podría dificultar la marcha del
paciente. Compartimos la opinión de estos autores,
aunque no estamos de acuerdo de que sólo la
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